Nutstoßen auf CNC Drehmaschinen im Jahr 2023

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Einleitung

Das Nutstoßen ist ein Bearbeitungsprozess, der zur Erstellung von internen Nuten oder Keilnuten in einem Werkstück, wie zum Beispiel einem Zahnrad, verwendet wird. Diese Keilnuten ermöglichen die Übertragung von Drehmoment zwischen dem Werkstück und einer Kupplungskomponente, wie einer Antriebswelle.

Traditionell wurden für das Räumen von Passfedernuten spezielle Räum- oder Stoßmaschinen verwendet. Dank der CNC-Technologie (Computer Numerical Control) kann dieser Prozess nun jedoch effizienter und präziser auf CNC-Fräsmaschinen und Drehmaschinen durchgeführt werden.

Dadurch wird nicht nur der Prozess optimiert, sondern es entfällt auch die Notwendigkeit, das Werkstück umzuspannen.

Dieser umfassende Leitfaden bietet einen detaillierten Einblick in den Vorgang des Passfedernutens speziell auf CNC-Drehmaschinen und behandelt folgende Aspekte:

  1. Was ist Nutstoßen?
  2. Vorteile von Nutstoßen auf CNC-Drehmaschinen
  3. Werkzeugauswahl für das Nutstoßen auf CNC-Drehmaschinen
  4. Einrichten und Programmieren von CNC-Drehmaschinen für das Nutstoßen
  5. Best Practices für das Nutstoßen auf CNC-Drehmaschinen
  6. Fehlerbehebung bei häufigen Problemen beim Nutstoßen auf CNC-Drehmaschinen
  7. Fazit

 

1. Was ist Nutstoßen?

Nuten Stoßen ist ein Zerspanungsprozess, bei dem Material aus einem Werkstück entfernt wird, um eine innere Nut oder Keilnut zu erzeugen, die für die Übertragung von Drehmoment zwischen mechanischen Komponenten, wie Zahnrädern und Wellen, entscheidend ist.

Wie es bisher gemacht wurde

Nuten Stoßen wurde traditionell auf Räummaschinen mit einem Räumwerkzeug durchgeführt, einem langen und schlanken Schneidwerkzeug mit einer Reihe von progressiv größeren Zähnen oder Schneidkanten entlang seiner Länge.

Diese Geometrie ermöglicht es dem Nutstoßwerkzeug, Material vom Werkstück allmählich zu entfernen, während es durch das Werkstück gezogen oder geschoben wird, bis die endgültige Größe der Keilnut erreicht ist.

Wie wird es jetzt gemacht

Nuten Räumen ist weiterhin eine verbreitete Methode. Bei CNC-Maschinen wird jedoch ein austauschbares Schneidwerkzeug (Nutstoßplatte) verwendet, das ersetzt werden kann, wenn es abgenutzt oder beschädigt ist, und somit die Notwendigkeit entfällt, das gesamte Werkzeug zu ersetzen.

Die Platte wird zunächst auf einem Klemmhalter befestigt, der dann üblicherweise an einem Bohrstangenhalter entweder auf einem VDI- oder BMT-Werkzeug befestigt wird, abhängig vom Typ des Maschinenrevolvers.

Um die Stoßbearbeitung durchzuführen, wird das Werkstück in das Drehfutter oder eine Vorrichtung eingespannt. Material wird dann mit jedem Durchgang des Nutstoßwerkzeugs schrittweise geschnitten, bis die endgültige Nutgröße erreicht ist.

Die Tiefe der Nut wird durch den Vorschub der X-Achse gesteuert, ihre Länge durch den Vorschub der Z-Achse, während die Breite der Keilnut durch die Breite der Räumplatte bestimmt wird.

Arten des Nutstoßens auf CNC-Drehmaschinen Dieser Artikel behandelt statische Nutenstoßwerkzeuge, bei denen die Bewegung des Maschinenturms für den Räumprozess verwendet wird. Statische Nutstoßwerkzeuge werden für kleinere Chargen empfohlen.

Für Hochgeschwindigkeits-Nutstoßen, bei dem die Bewegung auf der Z-Achse durch das angetriebene Werkzeug bereitgestellt wird und das für größere Chargen und Serienproduktion empfohlen wird, lesen Sie stattdessen den folgenden Artikel: Angetriebene Nutstoßgeräte.

2. Vorteile von Nutstoßen auf CNC Drehmaschinen

Nuten Stoßen auf CNC Drehmaschinen bietet gegenüber herkömmlichen Räummaschinen mehrere Vorteile:

    1. Flexibilität: Austauschbare Platten ermöglichen eine hohe Flexibilität beim Nutenstoßen von verschiedenen Toleranzen (wie H7, JS9, P6, D10, C11) und Profilen (quadratisch, sechseckig, Verzahnung) zu relativ geringen Kosten.
    2. Präzision und Wiederholbarkeit: CNC-Drehmaschinen bieten hohe Präzision und Wiederholbarkeit und gewährleisten gleichbleibende und genaue Nutabmessungen über mehrere Werkstücke hinweg. Diese Präzision ist unerlässlich, um die richtige Passung zwischen dem Keil und der Keilnut zu gewährleisten, was für eine zuverlässige Drehmomentübertragung entscheidend ist.
    3. Reduzierte Rüstzeit: Nutstoßen auf CNC Drehmaschine beseitigt die Notwendigkeit für spezielle Räummaschinen und reduziert die Rüstzeit.
    4. Reduzierte logistische Anstrengungen: Ein alternativer Ansatz besteht darin, die Arbeit an einen Lohnfertiger auszulagern. Dies schafft jedoch zusätzliche logistische Aufwände wie Etikettierung, Versand und Verfolgung der Teile.
    5. Kosteneffizienz (Maschine): Da CNC-Drehmaschinen mehrere Operationen durchführen können, spart die Verwendung einer einzigen Maschine Kosten, die mit dem Erwerb und der Wartung spezieller Räummaschinen verbunden sind.
    6. Kosteneffizienz (Werkzeug): Traditionelle Mehrzahn-Räumwerkzeuge, die auf Räummaschinen verwendet werden, sind relativ teuer. Dies macht den Kauf und das Vorhalten mehrerer Größen und Toleranzen kostspielig.

     

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    3. Werkzeugauswahl für das Nutstoßen auf CNC-Drehmaschinen

    Berücksichtigen Sie die folgenden Faktoren bei der Auswahl von Räumwerkzeugen für das Nutenstoßen auf CNC Drehmaschine:

      1. Werkzeug zum Nutstoßen: Gängige Räumwerkzeugmaterialien bestehen aus HSS und Hartmetall. Bei Hochgeschwindigkeits-Nutenstoß-Bearbeitungen, wie bei angetriebenen Räumwerkzeugen, führen Hartmetallplatten in der Regel zu einer längeren Lebensdauer des Schneidwerkzeugs. Andererseits können bei langsameren Operationen, wie bei statischen Räumwerkzeugen in Verbindung mit der Bewegung des Turms, HSS-Legierungseinsätze eine überlegene Oberflächenqualität und Werkzeughaltbarkeit erzielen.
      2. Einsatzgeometrie: Die Geometrie des Räumeinsatzes sollte den gewünschten Keilnutabmessungen entsprechen, einschließlich Breite, Tiefe und Profil. Standard-Räumeinsätze sind in verschiedenen Größen und Toleranzen für Keilnuten und Formen wie quadratische, sechseckige und Verzahnungsprofile erhältlich. Sonderanfertigungen können auch für einzigartige Keilnutgeometrien und Toleranzen entwickelt werden.
      3. Beschichtung: Plattenbeschichtungen können die Schneidleistung verbessern und die Werkzeuglebensdauer verlängern. Gängige Beschichtungen sind Titannitrid (TiN) und Titanaluminiumnitrid (TiAlN) für härtere Werkstücke, die die Verschleißfestigkeit erhöhen und die Reibung zwischen dem Räumwerkzeug und dem Werkstückmaterial reduzieren.
      4. Klemmhalter: Ein Klemmhalter ist erforderlich, um den Einsatz im Revolver der CNC-Drehmaschine zu sichern. Der Halter wird an einem Bohrstangenhalter geklemmt üblicherweise mit einer VDI- oder BMT-Schnittstelle, abhängig vom Maschinenrevolver. Der Halter sollte eine ausreichende Unterstützung für das Nutstoßwerkzeug während des Bearbeitungsprozesses bieten.

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      4. CNC-Drehmaschine Einrichtung für das Nutstoßen

      Das Einrichten einer CNC-Drehmaschine für das Nutstoßen umfasst die folgenden Schritte:

        1. Werkzeugeinrichtung: Schrauben Sie den Räumeinsatz auf den Klemmhalter. Klemmen Sie dann den Klemmhalter an den entsprechenden Bohrstangenhalter am Revolver der CNC-Drehmaschine. Stellen Sie sicher, dass der Einsatz und der Halter sicher geklemmt und mit der Keilnutposition des Werkstücks ausgerichtet sind.
        2. Werkstückeinrichtung: Klemmen Sie das Werkstück in die CNC-Drehmaschine und stellen Sie sicher, dass es richtig ausgerichtet ist. CNC-Programm: Erstellen Sie ein CNC-Programm für den Räumvorgorgang, das die Werkzeugbahn, Schnittgeschwindigkeit, Vorschubrate und die gewünschte Tiefe des Räumvorgangs berücksichtigt. Programmieren Sie auch den Rückzugspfad des Werkzeugs, um Beschädigungen am Werkstück zu vermeiden.
        3. Werkzeugausgleich: Führen Sie eine Werkzeugausgleichsmessung durch, um die exakte Position des Räumwerkzeugs in Bezug auf das Werkstück zu bestimmen. Dies ist wichtig, um sicherzustellen, dass die Nut die korrekte Tiefe und Breite erreicht.
        4. Trockenlauf: Führen Sie einen Trockenlauf des CNC-Programms durch, um sicherzustellen, dass das Räumwerkzeug den gewünschten Pfad korrekt befolgt und es keine Kollisionen mit dem Werkstück oder der Maschine gibt. Passen Sie das Programm bei Bedarf an, um Kollisionen oder Bearbeitungsprobleme zu vermeiden.
        5. Bearbeitungsvorgang: Starten Sie den Räumvorgang, indem Sie das CNC-Programm ausführen. Überwachen Sie den Prozess, um sicherzustellen, dass das Räumwerkzeug korrekt arbeitet und die gewünschte Nut erzeugt.
        6. Nachbearbeitung und Inspektion: Entfernen Sie das Werkstück aus der CNC-Drehmaschine und führen Sie eine Inspektion durch, um sicherzustellen, dass die Keilnut die gewünschten Abmessungen und Toleranzen aufweist. Bei Bedarf können Sie Nachbearbeitungsschritte durchführen, um die Keilnut weiter zu verfeinern oder zu korrigieren.

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        5. Best Practices für das Nutstoßen auf CNC-Drehmaschinen

        Um optimale Ergebnisse beim Nutstoßen auf CNC-Drehmaschinen zu erzielen, sollten Sie diese bewährten Verfahren befolgen:

          1. Schneidparameter optimieren: Wählen Sie geeignete Schneidparameter wie Vorschubrate und Schnitttiefe, basierend auf dem Räumwerkzeug, dem Werkstückmaterial und der Keilnutgeometrie. Die Optimierung dieser Parameter gewährleistet eine effiziente Materialabtragung und minimiert den Werkzeugverschleiß.
          2. Passenden Kühlschmierstoff verwenden: Wenden Sie Kühlschmierstoff während des Nutstoßens an, um die Wärmeentwicklung zu reduzieren, den Werkzeugverschleiß zu verhindern und die Oberflächengüte zu verbessern. Wählen Sie einen Kühlschmierstoff, der sowohl mit dem Werkstück als auch dem Räumwerkzeugmaterial kompatibel ist.
          3. Nut Stoßen im Sackloch: Um eine effektive Spanabfuhr in einem Sackloch zu gewährleisten, muss die Schneidkante des Einsatzes über die gesamte Länge der Keilnut in eine Entlastungsnut eindringen. Ohne eine ordnungsgemäße Spanabfuhr können sich die Späne ansammeln und Probleme wie das Brechen des Einsatzes verursachen. Um dies zu vermeiden, berechnen Sie den Durchmesser und die Länge der Entlastungsnut basierend auf der Breite und Tiefe der Keilnut.
          4. Richtige Ausrichtung sicherstellen: Stellen Sie sicher, dass das Räumwerkzeug vor Beginn des Bearbeitungsprozesses korrekt mit der Keilnutposition des Werkstücks ausgerichtet ist. Eine Fehlausrichtung kann zu ungleichmäßigen Keilnutabmessungen und erhöhtem Werkzeugverschleiß führen. Wenn Ihre Drehmaschine keine Y-Achse hat, verwenden Sie eine Exzenterbuchse, um eventuelle Abweichungen in der Y-Achse zu korrigieren.
          5. Startpunkt an der Z-Achse: Beginnen Sie mindestens 10 mm von der Werkstückoberfläche entfernt auf der Z-Achse, um Platz für die Beschleunigung zu lassen. Wenn Sie zu nahe am Werkstück beginnen, besteht die Gefahr, dass der Einsatz beschädigt wird.
          6. Werkzeugverschleiß überwachen: Überprüfen Sie das Räumwerkzeug regelmäßig auf Verschleißerscheinungen wie Absplitterungen oder stumpfe Schneidkanten. Ersetzen Sie abgenutzte Werkzeuge rechtzeitig, um gleichbleibende Keilnutabmessungen zu gewährleisten und Schäden am Werkstück zu vermeiden.
          7. Regelmäßige Wartung durchführen: Reinigen und warten Sie die CNC-Drehmaschine, das Räumwerkzeug und die Werkzeugaufnahmen regelmäßig, um eine optimale Leistung zu gewährleisten und die Lebensdauer der Ausrüstung zu verlängern.

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          6. Fehlerbehebung bei häufigen Problemen beim Nutstoßen auf CNC-Drehmaschinen

          Wenn Sie bei der Keilnutbearbeitung auf CNC-Drehmasmaschinen auf Probleme stoßen, finden Sie hier einige häufige Probleme und Lösungen:

            1. Ungenügende Oberflächengüte: Achten Sie darauf, dass die Schneidkanten des Räumwerkzeugs scharf sind, und verwenden Sie das richtige Kühlmittel. Passen Sie zudem die Schnittgeschwindigkeit und den Vorschub entsprechend dem Werkstückmaterial an, um die Oberflächengüte zu verbessern.
            2. Unzureichende Keilnuttiefe: Überprüfen Sie die Tiefe des Werkzeugeinstichs und stellen Sie sicher, dass die Werkzeuglänge ausreichend ist, um die gewünschte Tiefe zu erreichen. Passen Sie gegebenenfalls die Schnitttiefe und den Vorschub an.
            3. Unregelmäßige Keilnutbreite: Stellen Sie sicher, dass das Räumwerkzeug richtig ausgerichtet ist und die Spindel in der richtigen Position ist. Prüfen Sie, ob der Einsatz korrekt in der Werkzeugaufnahme sitzt und festgezogen ist.
            4. Werkzeugbruch: Verwenden Sie die richtige Schneidkraft, und stellen Sie sicher, dass das Räumwerkzeug und der Einsatz für das zu bearbeitende Material geeignet sind. Achten Sie auch darauf, dass die Späne ordnungsgemäß abgeführt werden, um Spanstau und übermäßigen Druck auf das Werkzeug zu vermeiden.
            5. Fehlausrichtung der Keilnut: Stellen Sie sicher, dass die Werkzeugposition auf der Y-Achse korrekt ist. Wenn Ihre Maschine keine Y-Achse hat, verwenden Sie eine Exzenterbuchse, um eventuelle Abweichungen in der Y-Achse zu korrigieren.
            6. Rattermarken oder Vibrationen: Reduzieren Sie die Schnitttiefe und den Vorschub, um die Schneidkraft zu verringern, und stellen Sie sicher, dass das Räumwerkzeug und die Werkzeugaufnahme ordnungsgemäß festgezogen sind. Stellen Sie außerdem sicher, dass das Werkstück richtig eingespannt und stabil ist.

            7. Fazit

            Die Verwendung von Nutstoßwerkzeugen mit Wechselplatten auf CNC-Drehmaschinen ermöglicht es Herstellern, innere Nuten und Keilnuten mit beispielloser Präzision, Effizienz, Flexibilität und Kosteneffizienz zu erzeugen. Darüber hinaus bietet die Möglichkeit, das Werkstück in einer einzigen Aufspannung zu bearbeiten, eine verbesserte Flexibilität in der Fertigung. Dies macht Nutstoßwerkzeuge zu einer hervorragenden Wahl für Fertigungsprofis, die ihren Produktionsprozess optimieren möchten.

            Nut Stoßen auf CNC-Drehmaschinen ist optimal für eine vielfältige Palette von Werkstücken aus verschiedenen Materialien, von Aluminium und Stahl bis hin zu Titan.

            Die Nutzung der Nutstoßtechnik auf CNC-Drehmaschinen hebt den Fertigungsprozess auf ein neues Niveau, wobei statische Räumwerkzeuge für kleinere Chargen und Hochgeschwindigkeitsräumen mit angetriebenen Räumeinheiten für Serienproduktionen eingesetzt werden.

            Um hierbei erfolgreich zu sein, ist es wichtig, die richtigen Räumwerkzeuge auszuwählen, die CNC-Drehmaschine optimal einzurichten und zu programmieren und bewährte Verfahren zu befolgen. Dies ermöglicht es Herstellern, konstante und genaue Keilnutabmessungen zu erreichen, wodurch eine gleichbleibend hohe Qualität bei der zuverlässigen Drehmomentübertragung zwischen Kopplungskomponenten gewährleistet ist.